MXPA98000462A - Sistema para deteccion de presion de un neumatico - Google Patents

Abstract

Se proporciona un sistema para verificar la presión que incluye un detector montado dentro de un neumático que dispara un tren de pulsos, cuando la presión de neumático alcanza un nivel fuera de parámetros predeterminados. El sistema también incluye un receptor montado en proximidad operativa con el detector en un sitio exterior al neumático. El receptor se acopla electromagnéticamente con el detector y el detector se activa en respuesta a la presión de neumático que alcanza un nivel fuera de parámetros predeterminados. También se proporciona un indicador que se acopla al receptor, que señala cuando la presión de neumático alcanza un nivel fuera de parámetros predeterminados. El detector se monta dentro del neumático que percibe la presión de aire del neumático. El receptor se monta dentro de proximidad operativa al detector y en un sitio externo al neumático y se acopla electromagnéticamente al detector que son indicativas de la presión de aire de neumático percibida por el detector. El indicador de presión de neumático se acopla al receptor que convierte las señales de presión de aire del neumático generadas por el receptor, en una salida legible por el conductor.

Description

SISTEMA PARA DETECCIÓN DE PRESIÓN DE ÜN NEUMÁTICO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo Técnico La presente invención se refiere en general a sistemas de verificación de condición y más particularmente a un sistema que verifica presión de aire en los neumáticos de un vehículo motor y que genera una señal indicativa de la presión de neumático en cada uno de los neumáticos, para mejorar la duración del neumático, minimizar el desgaste del neumático e incrementar el desempeño y seguridad del vehículo. 2. Discusión La presión correcta del neumático es un factor crítico en la operación segura y el desempeño de un vehículo de motor. Neumáticos sobre inflados o inflados excesivamente a menudo resultan en desgaste innecesario del neumático y un desempeño del vehículo menos que óptimo. Neumáticos sub-inflados, típicamente resultan en desgaste incrementado del neumático, desempeño disminuido del vehículo y comprometen la habilidad de los neumáticos para mantener una interfase segura con el camino o la carretera. Convencionalmente, se ha verificado la presión de aire de neumático con manómetros mecánicos, diseñados para insertarse sobre los vastagos de válvula para el tubo interior de neumático. Estos manómetros proporcionan una lectura de presión de aire generalmente precisa. Sin embargo, los manómetros son incapaces de proporcionar verificación continua de la presión del aire dentro de los neumáticos y se limitan en precisión, y también requieren que un conductor preocupado por la presión del aire del neumático se detenga físicamente y salga del vehículo para verificar la presión del neumático. Además, estos manómetros mecánicos no proporcionan ninguna indicación de advertencia cuando la presión de neumático alcanza un nivel que se considera peligroso o inadecuado (tal como inferior a .98 kg/cm2 (14 psi)) en un vehículo motor de pasajeros típico (para condiciones de manejo normales) . Otros sistemas utilizan un circuito capacitor inductor activo (LC) fijo dentro del neumático, para verificar la presión de aire del neumático. Sin embargo, el circuito LC activo requiere una fuente de energía para operación. Debido a que se monta dentro del neumático, la fuente de energía así como los componentes de circuito adicionales están sujetos a vibración rotacional y otras condiciones extremas provocadas por fluctuación en temperatura. Los componentes del circuito también son difíciles de instalar y reemplazar si se dañan o agotan debido a su ubicación dentro del neumático. Además, este sistema típicamente no proporciona advertencia al conductor, cuando la presión del neumático cae por debajo o aumenta sobre un nivel aceptable mínimo/máximo determinado. BREVE DESCRIPCIÓN DE LO DIBUJOS La Figura 1 es una vista en planta superior de un tren de impulso de vehículo motor incluyendo el dispositivo para verificación de presión de neumático de la presente invención; La Figura 2 es un diagrama esquemático eléctrico del detector de presión de neumático del sistema ilustrado en la Figura 1; La Figura 3A es una vista en elevación frontal en sección transversal parcial de una primer modalidad de silfona (sylfone) ilustrada en la Figura 2 ; La Figura 3B es una vista en sección transversal de una segunda modalidad alterna de silfona; La Figura 4 es un diagrama esquemático eléctrico simplificado del receptor del sistema ilustrado en la Figura 1; La Figura 5 es un diagrama esquemático eléctrico que ilustra el flujo electromagnético generado por dos bobinas conductoras ilustradas en la Figura 4; La Figura 6 es un diagrama esquemático que muestra la colocación de las dos bobinas inductoras ilustradas en la Figura 4; La Figura 7 es un diagrama esquemático eléctrico simplificado que ilustra el efecto del detector en el receptor, cuando el detector se gira en proximidad operativa con el receptor; La Figura 8 es un diagrama esquemático eléctrico detallado del receptor y detector de la presente invención que ilustra el receptor en detalle adicional; Las Figuras 9A y 9B son gráficas que ilustran la salida de voltaje desde el amplificador operacional y el detector ilustrado en la Figura 8 contra el tiempo; La Figura 10 es un diagrama esquemático eléctrico dei. interfase LED del sistema ilustrado en la Figura 1; Las Figuras HA y 11B ilustran modalidades alternas de un detector que incluye un capacitor sensible a presión de un sistema de acuerdo con una segunda modalidad preferida de la presente invención; La Figura 12A es un diagrama esquemático eléctrico del receptor del sistema de acuerdo con una segunda modalidad preferida de la presente invención; La Figura 12B ilustra gráficamente la salida del voltaje del receptor de la Figura 12A; La Figura 13 ilustra gráficamente un período T de oscilación a la salida del receptor ilustrado en la Figura 12A contra presión de neumático interna bajo valor constante de la inductancia al receptor; La Figura 14 es un diagrama esquemático eléctrico que ilustra las características de medición y exhibición del sistema, de acuerdo con una segunda modalidad preferida de la presente invención; La Figura 15 ilustra un diagrama esquemático eléctrico funcional del bloque convertidor ilustrado en la Figura 14; La Figura 16 es un histograma de voltajes medidos en diferentes puntos en el circuito de la Figura 15; y La Figura 17 es una gráfica que ilustra valores registrados de presión dentro del neumático almacenado en la memoria del procesador utilizado con el sistema de la presente invención. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con esto, la presente invención proporciona un sistema de verificación de presión de neumático, que utiliza un circuito LC pasivo montado dentro del neumático para verificar la presión de aire en el neumático. El circuito pasivo no requiere fuente de energía y por lo tanto es menos costoso de operar como tiene una más larga vida útil que los sistemas de verificación de presión de neumáticos convencionales que utilizan detectores de presión de neumáticos activos . El sistema de verificación de presión de neumáticos de la presente invención se configura para proporcionar una indicación ya sea audible o visual al conductor cuando la presión del neumático en cualquiera de los neumáticos del vehículo cae por debajo de un nivel mínimo aceptable. El sistema de verificación de presión de neumático de la presente invención también puede configurarse para proporcionar una lectura digital continua de la presión de neumático actual detectada dentro de cada uno de los neumáticos del vehículo al conductor del vehículo. De acuerdo con una primer modalidad preferida de la presente invención, se proporciona un sistema para verificar una presión de emergencia de neumático, que incluye un detector montado dentro de un neumático que genera una señal cuando la presión del neumático alcanza un nivel fuera de parámetros predeterminados . El sistema también incluye un receptor montado en proximidad operativa al detector en un sitio exterior al neumático. El receptor se acopla electromagnéticamente con el detector y el detector se activa en respuesta a la presión del neumático que alcanza un nivel por debajo de parámetros predeterminados . Un indicador se acopla al receptor y señala cuando la presión del neumático alcanza un nivel inferior a los parámetros predeterminados . De acuerdo con una segunda modalidad preferida de la presente invención, un detector que percibe presión de aire en el neumático se monta dentro del neumático. Un receptor se monta dentro de proximidad operativa del detector en un sitio externo al neumático, y se acopla electromagnéticamente al receptor para generar señales desde el detector que son indicativas de la presión de aire en el neumático obtenida por el detector. El indicador de presión de neumático se acopla al receptor que convierte las señales de presión de aire del neumático generadas por el receptor en una salida legible por el conductor, indicando al conductor la presión en el neumático detectada actual. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA Con referencia a la Figura 1, un sistema de verificación de presión de neumático (TPMS = Tire Pressure Monitoring System) se ilustra generalmente en 10 instalado en el tren de impulso 12 de un vehículo motor. El TPMS 10 consiste de 4 transductores detectores 14a-d, cada uno montado al interior de un neumático correspondiente 16a-d, y cuatro receptores 20a-d, cada uno montado mediante abrazaderas (no mostradas) al tren de impulso a una distancia de varios centímetros lejos del borde interior del neumático correspondiente. El TPMS 10 verifica continuamente la presión de aire dentro de cada uno de los neumáticos 16a-d durante movimiento del vehículo motor a través de generación de un acoplamiento electromagnético entre pares correspondientes de transductores detectores 14a-d y receptores 20a-d durante alineamiento que ocurre entre los transductores y acopladores durante cada rotación del neumático. Como se describirá en detalle a continuación, este acoplamiento puede funcionar para indicar solo cuando la presión del neumático cae por debajo de un valor mínimo predeterminado, o para informar continuamente al conductor de la presión exacta dentro de cada neumático. Con referencia a las Figuras 1 y 2, la estructura de cada transductor detector 14a ahora se describirá de acuerdo con una primer modalidad preferida de la presente invención, entendiéndose que los transductores detectores 14b-d son idénticos en estructura y función. El transductor detector 14a de preferencia se monta en un borde interior 30 del neumático 16a y consiste de un circuito 32 que incluye un inductor 34, un capacitor 36 y un elemento de conmutación 38 incluyendo un diafragma autocontenido o silfona 40 para controlar la abertura y cierre del elemento de conmutación 38. El circuito 32 es pasivo ya que no requiere una fuente de energía para operación. En vez de eso, el inductor 34 y el capacitor 36 comprenden un contorno LC residente que se hace ya conductor o no conductor dependiendo de la presión actual dentro del neumático correspondiente. Como se describe a continuación, la silfona de detector de presión 40 controla selectivamente la conductividad del circuito 32 que corresponde a la presión del neumático. Con referencia a la Figura 2, el inductor 34 de preferencia consiste de varios devanados de un alambre que por ejemplo puede ser de aproximadamente .05 milímetro en diámetro y devanado helicoidalmente en una configuración que tiene un diámetro por ejemplo de 50 a 60 milímetros. El inductor 30 junto con el elemento de conmutación 38 se sujeta al interior del borde del neumático interior 30 (Figura 1) a través de vulcanización local con hule líquido para sujetar permanentemente el inductor al neumático. El capacitor 36 tiene un valor que corresponde directamente a la presión dentro del neumático requerido para cerrar el elemento de conmutación 38 y provocar que el circuito sea conductor y se sujeta a una cubierta 44 (Figuras 3A, 3B) del elemento de conmutación 38. Terminales desde el inductor 34 y el capacitor 36 se unen por soldadura en conjunto con una base 46 del elemento de conmutación 38. Ahora con referencia a la Figura 3B, la estructura de un primer elemento de conmutación 38 se ilustra en detalle. La silfona 40 se cubre integralmente y sella herméticamente entre la cubierta 40 y la base 46. De preferencia, la silfona consiste de una membrana de metal delgado que se une por soldadura a la base 46 e incluye y define un espacio interno dentro de la membrana que se aisla herméticamente desde el aire externo. Varios espaciadores 50 se sujetan a la base 46. La cubierta 44 se monta en los espaciadores 50 sobre la silfona 40. Con referencia particular a la cubierta 44, un resorte eléctricamente conductor 52 se sujeta dentro de la cubierta en un primer extremo 54 y crea selectivamente un contacto eléctrico con la superficie de la membrana silfona 40 a través de un segundo extremo no sujeto 56. El resorte 52 de preferencia está compuesto de alambre de acero con aproximadamente .02 milímetro de diámetro y cierra el elemento de conmutación 38 cuando la presión interna de neumático alcanza un valor predeterminado. En una modalidad de la presente invención, bajo presión atmosférica normal, el resorte 52 completa un circuito dentro del elemento de conmutación 38. La terminación del circuito dentro del elemento de conmutación completa el circuito 32 y activa el circuito 32. De esta manera, cuando se monta dentro de uno de los neumáticos 16a-d, el estado del elemento de conmutación depende de la presión de neumático interna. Si la presión interna de neumático está en o cerca de la presión operativa normal, tal como 2.1 kg/cm2 (30 libras por in2) (psi) ) , la superficie de silfona se comprime como provocando que la estructura de contacto 42 permanezca abierta. Sin embargo, cuando la presión interna del neumático se reduce a un valor tal como por ejemplo inferior a 1.05 kg/cm2 (15 psi) la membrana silfona se descomprime, provocando que el extremo no sujeto con resorte 56 contacte la membrana de silfona y cierre el circuito dentro de la estructura de contacto, provocando de esta manera que la estructura de contacto complete el circuito 32. Con referencia a la Figura 3A, un segundo elemento de conmutación alterno se ilustra en 38' . El elemento de conmutación 38' incluye muchos de los mismos componentes contenidos en el elemento de conmutación 38, y además incluye un alojamiento no conductor 51 que separa la cubierta 44' y la base 46' . De otra forma, su estructura y función es similar al elemento de conmutación 38. De esta manera, habrá de apreciarse que el elemento de conmutación puede construirse en una variedad de configuraciones sin apartarse del alcance de la presente invención.

El circuito 32 de preferencia se construye a partir de una hoja delgada metálica que forma un anillo abierto. La hoja delgada metálica representa un contorno con características distribuidas incluyendo el inductor 34 y el capacitor 36. Cada extremo del anillo se une por soldadura directamente al elemento de conmutación 38. Este diseño de circuito particular, de esta manera minimiza costos de producción sin sacrificar características de desempeño del sistema. Aún con referencia a las Figuras 2 , 4 y 5 , la estructura del receptor 20 ahora se describirá en detalle, entendiéndose que la estructura y función de los receptores 20b-d es idéntica. El receptor 20a se energiza por una batería de vehículo de motor 60, cuando el motor del vehículo del motor está operando. El receptor 20a incluye inductores 62, 64 (Figura 4) que de preferencia son bobinas, cada una que tiene una pluralidad de devanados 66, 68 (Figura 5) y un amplificador 70 (figura 4) que juntos forman un oscilador con parámetros que dependen de la orientación mutua de los inductores 62, 64. Con referencia a la Figura 5, al energizarse por la batería de vehículo de motor, cada elemento 66 del inductor 62 interactúa con un flujo opuesto generado por la corriente en el inductor 64. También, cada elemento 68 del inductor 64 interactúa con un flujo opuesto generado por el flujo de corriente en el inductor 62. Al conectarse al amplificador de ganancia constante 70 (Figura 4) , los inductores a través de interacción mutua entre las bobinas pueden ajustarse para exhibir características de retroalimentación positiva, negativa o cero. Con referencia a la Figura 6 debido a que el efecto neto total de la retroalimentación ya sea positivo o negativo o cero, depende de la orientación y configuración mutua de los inductores 62, 64, el tipo de realimentación deseada se ajusta al cambiar el ángulo de orientación entre las bobinas durante montaje de las bobinas al tren de impulso del vehículo motor. Los inductores 62, 64 se sujetan al tren de impulso en un ángulo o; como se ilustra en la Figura 6, en conjunto con un mecanismo de sintonización 72 colocado entre los inductores y el transductor. El mecanismo de sintonización que de preferencia es una pequeña pieza de hoja delgada metálica, permite sintonización fina de los inductores, al sujetar la hoja delgada hacia la bobina 64 o lejos de ella antes que los inductores se sujeten permanentemente en sitio. Los inductores se sujetan permanentemente en una posición específica después de alineamiento y giro de los inductores. De preferencia, la retroalimentación de circuito se ajusta a igual cero o para que sea ligeramente negativa de manera tal que no haya auto-oscilación del circuito, colocando de esta manera el circuito en un estado de relajación. Las características de realimentación del circuito se cambian subsecuentemente al girar el transductor detector en proximidad operativa al receptor como se ilustra en 78 en la Figura 7, y como se describirá en detalle a continuación.

Con referencia de nuevo a la Figura 1, cada receptor se conecta a una interfase indicadora de LED 80 a través de cableado o alternativamente a través de un enlace de comunicación inalámbrica. La interfase indicadora 80 de preferencia se localiza dentro del compartimiento de pasajeros del vehículo motor y exhibe el estado actual de cada uno de los neumáticos de vehículo al operador de vehículo de motor. De preferencia, el indicador LED incluye cuatro diodos emisores de luz (LEDs) 83a-d (ver Figura 10) , con cada LED que se asocia con un neumático particular. Más LEDs pueden emplearse para vehículos que tienen más de cuatro neumáticos . La interfase indicadora puede montarse dentro del tablero frontal del vehículo motor o en el tablero para fácil observación. De preferencia, cada LED solo se ilumina cuando la presión interna de un neumático particular aumenta sobre una presión máxima aceptable del neumático o cae por debajo de una presión mínima aceptable del neumático. Con referencia al receptor, un diagrama esquemático eléctrico de cada receptor se ilustra generalmente en 90 en la Figura 8. El inductor 62 y un capacitor de alimentación 92 forman un contorno de la alimentación calibrado por mayor sensibilidad a la frecuencia resonante del transductor detector localizado en cada neumático. Un amplificador operacional 94 se utiliza para amplificación de señal y tiene una ganancia calibrada por resistores 96, 98. Amplificación de corriente adicional se realiza por el transistor 100 para amplificación adicional que se requiere para obtener ganancia total del receptor. En particular, una señal de salida tomada del colector del transistor T2 del receptor, puede ajustarse para que tenga salida 0 cuando el desplazamiento mutuo de las bobinas L y L2 se dice que tiene retroalimentación 0. Al desplazar estas bobinas en cualquier dirección entre sí, puede lograrse ya sea retroalimentación negativa o positiva. En caso de retroalimentación positiva, una salida del receptor estará presente. En caso de retroalimentación negativa, la salida aun es igual a cero. En general, la salida desde el amplificador operacional es mayor que "1" cuando se cumple la siguiente condición: KjS > 1, en donde K = Kx x K2 Kx = ganancia de amplificador operacional K2 = la ganancia de transistor 100 (Figura 8) ß = coeficiente mutuo de inductores 62, 64 La variable ß depende del desplazamiento de los inductores 62, 64, número de vueltas y su forma (tamaño) . Para ajuste final, cuando es constante ß se ajusta de manera tal que K?<1 al ajustar el desplazamiento mutuo de los inductores . También, un amplificador en cascada 102 formado por un transistor 103 opera como un detector de pulso para el amplificador de presión 94. Otros componentes ilustrados se requieren para calibración C.D. del circuito.

Con referencia a la Figura 10, un diagrama esquemático eléctrico de una interfase LED preferida 80, se ilustra. La interfase de preferencia consiste de cuatro compuertas lógicas NO-Y (NAND) 104a-d que se desplazan por primeras alimentaciones 106a-d cada una conectada a la salida de un receptor que corresponde a un neumático particular, segundas alimentaciones 108a-d se conectan a un oscilador de recorrido libre 110. El oscilador 110 envía de salida un voltaje de forma rectangular que tiene una frecuencia por ejemplo de 0.33 a 0.50 hertz. de esta manera, cuando la presión interna en cada uno de los neumáticos está cerca de la presión operativa normal, todas las alimentaciones a las compuertas lógicas NO-Y (NAND) 104a-d serán un lógico "0". Como resultado, todas las salidas de los inversores amortiguadores 112a-d, cada uno de los cuales se conecta a una salida de una de las compuertas NO-Y (NAND) también será un lógico "0" como salida. Bajo estas condiciones, todos los LEDs 83a-d en el exhibidor se iluminarán. La interfase LED también de preferencia incluye un componente de advertencia audible que tiene un contador 114 y transistor asociado 115, un segundo oscilador 116 que funciona como un generador de pulsos y 2 inversores 117, 118, que acoplan el oscilador a un dispositivo de advertencia audible tal como un zumbador 119. La operación del TPMS de acuerdo con la primer modalidad preferida de la presente invención ahora se describirá. La teoría de operación del TPMS de la presente invención se basa en el principio de interferencia mutua que. se crea entre los dos campos electromagnéticos formados por los inductores 62, 64 en el receptor, y el campo electromagnético formado por el circuito 32 en el transductor detector montado dentro de cada uno de los neumáticos. De esta manera, cuanto el circuito 32 está cerrado y activado en respuesta a una presión detectada de neumático, y el circuito se gira en proximidad operativa de los inductores 62, 64 del receptor, el receptor oscila a una frecuencia dependiente de la frecuencia autoresonante a la cual se ajusta el circuito. El signo de la retroalimentación entre los inductores 62, 64 es subsecuentemente cambiado de negativo a positivo. Habrá de apreciarse que la forma y la amplitud de la oscilación dependen del grado de retroalimentación, la configuración de las bobinas inductoras y la ganancia del amplificador 70 (Figura 4) . Cuando el circuito gira en proximidad operativa con el receptor conforme el neumático gira y el circuito 32 es un bucle abierto, o no conductor, la oscilación no ocurre ya que el circuito pasivo no se activa. Cuando el circuito es conductor, o el bucle de circuito- se cierre, el amplificador operacional 70 produce un voltaje de salida oscilante cuando todos los inductores 32, 62, y 64 se alinean. Este voltaje de oscilación tiene una frecuencia igual a la frecuencia autoresonante del circuito 32. El voltaje amplificador operacional se ilustra gráficamente en 120 en la Figura 9A, mientras que el voltaje de salida del receptor se ilustra gráficamente en 122 en la Figura 9B. De nuevo con referencia a la Figura 10, la operación del TPMS se describirá a manera de ejemplo. Cuando la presión interna de un neumático, tal como el neumático 16a, cae por debajo de un nivel aceptable mínimo, y el elemento de conmutación 38 se cierra, un lógico "1" se envía de salida desde el receptor y alimenta a través de la alimentación de compuerta NO-Y (NAND) 106a. El lógico "1" alimentado provoca que el LED 83 destellee a una velocidad igual a la frecuencia del oscilador 110. El segundo oscilador 116 también puede utilizarse de manera tal que cuando el lógico "1" se alimenta en alimentación 106a, la alimentación permite que el oscilador 116 produzca pulsos con una frecuencia de audio. Estos pulsos se alimentan a través de los dos inversores 117, 118 a la salida del circuito para generar una señal de alarma audible tal como la generada por el zumbador 119. Simultáneo con el destelleo del LED y el sonido del zumbador, el contador 114 se activa y cuenta pulsos que provienen del generador 116. Cuando el contador lleva 2n - 1 pulsos, su salida 2n se vuelve un lógico "1". El lógico "1" que se envía de salida al contador 114 se alimenta al transistor 115, que subsecuentemente se vuelve conductor y deriva la salida del inversor 118, desactivando de esta manera la señal de alarma audible del zumbador 119. La salida 2n también se conecta a la alimentación EN del contador para desactivar más conteo del contador. De esta manera, solo un destelleo continuo del LED correspondiente notificará al conductor que la presión interna del neumático 16a ha alcanzado un nivel inaceptable. La combinación de las advertencias audible y visual se repetirá cada vez que el motor del vehículo se enciende, con la alarma audible que se desactiva después de un tiempo predeterminado por el contador como se describió anteriormente. Ahora con referencia a las Figuras 11 a 17, una segunda modalidad preferida de la presente invención se describirá, que proporciona verificación continua de la presión del aire en los neumáticos de un vehículo motor, con una lectura digital altamente precisa de la presión actual de neumático dentro de cada uno de los neumáticos. Esta segunda modalidad es similar en estructura y función a la primer modalidad descrita anteriormente con las siguientes diferencias. Con referencia a las Figuras HA y 11B, un transductor detector de acuerdo con la segunda modalidad preferida se monta dentro de cada uno de los neumáticos 16a-d y se ilustra generalmente en 200. El transductor detector 200 se monta dentro del neumático como se describió anteriormente e incluye un inductor 202 similar en estructura y función al inductor de los transductores detectores 14a-d (Figura 1) descritos anteriormente. Sin embargo, el capacitor 204 difiere del capacitor de los transductores detectores 14a-d ya que se construye para producir una relación proporcional a la presión interna de los neumáticos de acuerdo con la siguiente relación: C = f(P) en donde C es la capacitancia; y P es la presión interna del neumático. Con referencia a la Figura HA, el capacitor 204 se construye a partir de una hoja delgada metálica 206 incluyendo un miembro dieléctrico 208. El miembro dieléctrico 208 se construye a partir de un material resiliente tal como hule rígido que tiene características de deflexión posterior a respuesta insignificante. De esta manera, el miembro dieléctrico al deformar se regresa a su estado y forma no deformadas . El capacitor 204 incluye un primer lado 209, que junto con el inductor 202 se sujeta a la pared interior del neumático a través de vulcanización como se describió anteriormente. Un segundo lado 210 del capacitor es altamente sensible a la presión interna del neumático. El capacitor se comprime conforme se incrementa la presión interna del neumático, provocando que el miembro dieléctrico 208 se comprima. Conforme el miembro dieléctrico se comprime, el valor de la capacitancia se incrementa. Por el contrario, conforme disminuye la presión interna del neumático, el miembro dieléctrico se descomprime, incrementando de esta manera la distancia entre los lados del capacitor 209 y 210 y de esta manera disminuyendo la capacitancia.

La Figura 11B muestra una construcción alterna de un transductor detector en 200' . El transductor detector 200' incluye un capacitor 204', que es un capacitor cilindrico de pared delgada que consiste de un recipiente cilindrico 206', elaborado de un material dieléctrico fuerte tal como nylon revestido con película conductora. Un primer extremo 208' del cilindro se aisla herméticamente del aire en el neumático. Un segundo extremo del cilindro 210 se abre a la presión de aire en el neumático. El recipiente cilindrico 206' está lleno con una pasta 212, o alternativamente, con un aceite de alta densidad no desgastante cualquiera de los cuales es eléctricamente conductor. Si la pasta conductora se emplea, la pasta deberá tener suficientes fuerza intermoleculares para evitar dispersión de la pasta debido a rotación del neumático. El capacitor incluye una primer terminal 214' que conecta el primer extremo del capacitor del circuito, y una segunda terminal 216' que consiste de una capa delgada de metal conductor depositada en la superficie cilindrica del recipiente para conectar el segundo extremo con el circuito. La presión de aire dentro del neumático penetra a través de la abertura del recipiente 210' y desplaza la pasta 212', para comprimir una pequeña cantidad de aire 218' dentro del cilindro variando de esta manera la capacitancia del capacitor de conformidad. La frecuencia resonante del transductor detector 200' de esta manera es proporcional a la presión de aire dentro del neumático.

Con referencia a las Figuras 12A-12B, un diagrama esquemático eléctrico de un receptor que funciona en conjunto con el transductor 200' se ilustra en 220. Cuando gira un neumático, el transductor detector pasivo 200 crea un campo eléctrico desequilibrado entre los inductores 230 y 232 del receptor 220 que es una función de la presión de aire dentro del neumático. El receptor 220 se sujeta permanentemente en el eje de la rueda como se ilustra en la Figura 1 en proximidad inmediata a la pared del neumático. Cuando el transductor 200 actúa sobre los inductores en cada rotación del neumático, un tren de pulsos rectangulares que tiene una frecuencia igual a la frecuencia resonante del contorno del circuito 200, se desarrollará como se ilustra en 233 en la Figura 12B. La duración de cada tren de pulsos tnl, tn2, tn3, etc., varía con la velocidad del vehículo. Con referencia a la Figura 12A, el principio de estructura física tras la interacción del receptor transductor ha sido descrita anteriormente en detalle. La única diferencia entre la primer y segunda modalidades es que un transistor 234 (figura 12A) opera como un conmutador de corriente al generar fuertes impulsos de corriente en la interfase de LED. Todos los componentes de circuito al receptor 220 son idénticos a aguellos en el receptor descrito en conjunto con la primer modalidad preferida descrita anteriormente.

Como se ha discutido, la frecuencia de oscilación a la salida del receptor 220 iguala la frecuencia resonante del contorno de transductor como se ilustra en 233 en la Figura 12B. La Figura 13 exhibe en 240 una relación entre un período de oscilación T a la salida del receptor 220 y una presión dentro del neumático bajo valor constante del inductor 202 (figuras HA y 11B) . La curva no es lineal en una amplia gama de cables de presión. Sin embargo, dentro de una gama operativa de 1.05 a 2.8 kg/cm2 (15 a 40 psi) esta curva es relativamente lineal con solo 5% de tolerancia. La línea punteada 242 proporciona una característica lineal teórica en comparación con la respuesta actual ilustrada en 244. La Figura 14 es un diagrama de sistema total funcional que ilustra control, medida y exhibición de la presión corriente del neumático en cada neumático. Mientras que solo tres conjuntos se muestran para propósitos ilustrativos, mientras que cuatro conjuntos de transductores y receptores de detector se emplean típicamente, solo un conjunto es para cada rueda.

Transductores detectores 200a-d se acoplan con receptores correspondientes 220a-c. Cuando los neumáticos giran, el acoplamiento entre los transductores y los receptores produce un - tren de impulsos a la salida de los receptores como se ilustra en la Figura 12b. La duración del período de pulsos a la salida 230a del primer receptor 220a se determina por la frecuencia resonante fpl del contorno en los transductores como sigue: T, = -pl la duración de período de pulso a la salida 230b del segundo receptor se determina por la frecuencia resonante fp2 del contorno localizado en el segundo transductor 200b: 1 T2 = , etc.

Todas las salidas del receptor 230a-c en la Figura 14 son cableadas a alimentaciones 232a-c de los bloques convertidores A/D 234a-c. Los bloques convertidores A/D transforman el intervalo de tiempo que es proporcional a uno o varios períodos, en una sarta o serie de datos discretos que pueden leerse por un microprocesador 236. Esta sarta de datos se almacena en una plaqueta (chip) de memoria 238 hasta que una nueva sarta de datos generada de una segunda vuelta del mismo neumático reemplaza la primera sarta almacenada de datos . Todos los bloques convertidores trabajan en la misma forma. Como resultado final, un valor de la presión corriente de neumático se almacena a la salida de cada bloque convertidor A/D. La Figura 15 muestra un diagrama de bloques funcional por ejemplo del convertidor A/D 220a ilustrado en la Figura 14. En general, el convertidor A/D incluye una alimentación 240 y una alimentación de detector 242. Tanto un contador 244 como un amplificador se conectan al detector de picos 246 en la alimentación 242. Dos inversores de señal 248, 250 se acoplan al amplificador de redes diferenciales 252 y 254. Una salida de la red diferencial 252 se conecta para permitir salida de un registro de almacenamiento 280. Cuando el último tren de pulsos se detecta a la salida del inversor 248, la salida registra el tren de pulsos en el registro de almacenamiento 280. La salida del amplificador 254 se acopla a una alimentación de un disparador RS 256, que a su vez reinicializa el contador 244 ante la ocurrencia de condiciones pre-determinadas a continuación. Un segundo contador 270 se acopla tanto al primer contador como a un generador de cuarzo y es operativo para permitir selectivamente una alimentación al registro 280, como se describirá con más detalle a continuación. La Figura 16 muestra un histograma de voltajes medidos en diferentes puntos del sistema. Un tren de impulso con duración de tn se alimenta a la alimentación convertidora A/D 240. La forma en las señales en la alimentación de convertidor A/D se ilustran A en ambas Figuras 15 y 16. Estas señales se suministran a la alimentación desde del detector 242 y a la alimentación "Cl" (reloj) del primer contador 244, con el voltaje de alimentación del detector que se representa en B en las Figuras 15 y 16. Después de que las señales se han amplificado por el detector de picos 246 y configurado por dos inversores 248, 250, el borde frontal de los pulsos se diferencia por redes diferenciales 252, 254. La salida de la red diferencial 262 se alimenta al disparador 256 reinicializándola a lógico "0". El voltaje de salida del disparador 256 se ilustra en la Figura 16 en E. Tan pronto como la salida del disparador se vuelve "0", el primer contador 244 empieza a contar pulsos que llegan del receptor 220a. Histogramas de voltaje de todos los registros de salida del contador 244 esto es 2o, 21, 22, 23, 24, se ilustran en F en la Figura 16. El voltaje de la salida 23 del primer contador se suministra en una alimentación de "activa" del segundo contador 270. Simultáneamente, el borde frontal del pulso que se suministra al segundo contador que se proporciona a la segunda alimentación "R" del contador, se diferencia por la red RC 272. El borde frontal del pulso de ingreso reinicializa todos los registros de salida del segundo contador a "0". Al mismo tiempo, la alimentación "Cl" del segundo contador 270 se suministra desde el generador de cuarzo 274 y empieza a contar pulsos. El conteo de estos pulsos se ilustra en G en la Figura 16 y continua hasta que la alimentación "activa" del segundo contador recibe lógico "1". Tan pronto como el lógico "0" a la salida 23 del segundo contador se registra, el contador deja de contar. Al mismo tiempo, cuando un lógico "1" se registra en la salida 24 del primer contador, el disparador RS se reinicializa, esto es, cuando su salida "C" se vuelve "0", reinicializa todas las salidas del primer contador a "0".

El número de pulsos, ilustrado en G en la Figura 16 desde el generador de cuarzo 274, contado por el segundo contador permanece intacto hasta que un segundo tren de pulsos llega desde el receptor 220a. Este tren de pulsos tiene una duración de tn2. Al final del primer tren de pulsos desde el receptor, un borde descendente del pulso en la alimentación del detector 220a se diferencia por el amplificador diferencial 254. Este pulso que se ilustra gráficamente en D de la Figura 16, hace un comando "escribir" de todas las salidas del contador 270 al registro de salida 280. Cuando el segundo tren de pulsos se registra en la alimentación del bloque inversor con duración tn2, se repite la secuencia anteriormente mencionada. Como puede apreciarse de la descripción anterior, el bloque inversor de todo tren de pulsos que llega del receptor, forma un intervalo de tiempo, tal como el intervalo de tiempo tal como el intervalo de tiempo F desde la salida 23 del primer contador, que es igual a 8 períodos de frecuencia de alimentación del receptor 220a. Subsecuentemente, el inversor modifica el intervalo de tiempo a la salida 23 en un código binario "N" que es proporcional a la duración de pulso formateado. Este código se almacena en el registro de salida 280. En términos generales, a fin de incrementar la precisión, esta conversión puede realizarse con un intervalo de tiempo selecto aleatorio que es un producto de n-pulsos de la frecuencia de alimentación. Una precisión incrementada y tolerancia reducida puede lograrse ya sea al incrementar la duración del intervalo de tiempo formado o al incrementar la frecuencia del generador de cuarzo que llena el intervalo de tiempo. Con referencia de nuevo a la Figura 14, datos digitales tomados de la salida de los inversores se procesan por el microprocesador 236. El microprocesador 236 se conecta a la memoria programable 238, mediante un ducto de datos 282, un ducto de dirección 284 y un ducto de control 286. El ducto de control se emplea para enviar comandos de control de sincronización y dirección del control de flujo a todas las partes de los circuitos ilustrados en la Figura 14. Amplificadores de memoria intermedia 288a-c se utilizan y son necesarios para incrementar la capacidad de carga de los inversores . El ducto de control también puede requerirse que tenga amplificadores de memoria intermedia (no mostrados) . Todos los amplificadores de memoria intermedia se equipan con salidas de "tres estados" . El bloque de memoria 238 es programable a través de un botón de comando de "escritura" 290 y un botón de comando de "borrado" 292. Ambos botones se localizan cerca del exhibidor de pantalla sensible al tacto 294, que es capaz de exhibir dígitos de 0 a 9 y que incluye un botón de reinicialización y un botón de ajuste (no mostrado) . La interfase es capaz de exhibir la presión en cualquier neumático, tal como 1.68 kg/cm2 (24 psi) en el neumático del lado derecho frontal 16a, 295 o para cualquier neumático particular tal como el neumático identificado como neumático número 16 en 295, en el caso de un tracto camión. El exhibidor de pantalla sensible al tacto como interfase se conecta al ducto de datos 282 y el ducto de control 286 a través de un analizador 296 y un controlador de interfase digital 298. Cuando un vehículo motor se equipa inicialmente con TPMS, una configuración inicial del sistema verificador de presión por el conductor puede realizarse como sigue. Primero, cada neumático se infla a la mitad de su presión nominal . A continuación, el conductor activa la interfase de exhibición al tocar el número en el exhibidor, que corresponde al número de neumático que se elige para la configuración. Después del retardo, la interfase se activa, el conductor activa el botón de ajuste para generar un comando de "escritura" . En este caso, el micro procesador elige un ducto apropiado y hace una grabación del código que llega desde el' inversor a la memoria. Por ejemplo, la primer grabación de información de presión de neumático inflado 1/2 es A como se ilustra en la Figura 17 con un valor N1(1/2) . Subsecuentemente, el neumático se infla a su presión nominal y se registra un nuevo valor de la presión de aire en la dirección B. Cuando tanto la presión nominal inflada a la mitad como completa en todos los neumáticos se ha registrado, valores de presión se almacenan en la memoria para cada neumático del vehículo. Estos valores de presión corresponden a la mitad de la presión nominal ilustrado como 1/2 P y Pnom en la Figura 17 en los puntos A y B con las coordenadas que son N1(1/2) l/2Pnom para el punto A y las coordenadas que son (!), Pno P^ a el punto B. Cuando el vehículo está en movimiento y los neumáticos giran, el microprocesador opera como sigue. Primero, un pulso de reloj (no mostrado en la Figura 14) genera un comando de "lectura" desde el primer bloque convertidor A/D y hace un comando de "escritura" del código obtenido a la memoria interna del microprocesador. A continuación, el microprocesador hace una comparación del valor corriente del código con el código N1(1/2N . Si el resultado de la comparación es menos que el almacenado, entonces el procesador exhibe un número de neumático y su presión de aire. Este valor (Nt el valor corriente) se calcula por el microprocesador mediante interpolación lineal entre los dos puntos conocidos como se ilustra en la Figura 17. Cuando el resultado de la comparación es mayor que aquel que se ha almacenado en la memoria, entonces no se exhibirá advertencia en la interfase del operador. Otros neumáticos se exploran de la misma forma. Tan pronto como todos los valores de la presión corriente en cada neumático se registran después de cada giro de los neumáticos, la indicación de presión continua en la interfase del operador se llevará a cabo. Esto es lo más importante en caso de neumáticos desinflados cuando una verificación próxima de la presión es altamente crítica para seguridad del conductor. Incluso si la presión de aire en toda llanta es normal, el conductor es capaz de verificar la presión en cualquier neumático. Puede requerirse por ejemplo cuando el conductor desea saber el estado de la presión del neumático antes de manejar un auto. La única cosa que tienen que hacer es oprimir el botón "ajustar" en la pantalla sensible al tacto y el exhibidor mostrará el número de neumático y su presión, uno a la vez . Al elegir cualquier neumático específico, cuando se oprime su número, el conductor puede exhibir la presión del aire en ese neumático. El botón "reinicialización" se requiere para el ajuste inicial de la interfase del operador al colocarlo en modo automático de control y verificación. El microprocesador también permite que los receptores se sintonicen automáticamente. Mientras que la descripción anteriormente detallada ilustra la modalidad preferida de la presente invención, la invención es susceptible a modificación, variación y alteración sin desviarse del alcance y justo significado de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (32)

1. REIVINDICACIONES 1.- Un sistema de verificación de presión de neumático, caracterizado porque comprende: un detector montado dentro de un neumático, que dispara una señal cuando la presión de neumático alcanza un nivel fuera de los parámetros predeterminados,- un receptor montado en proximidad operativa con el detector en un sitio fuera de neumático, el receptor se acopla electromagnéticamente con el detector, cuando el detector se activa en respuesta a que la presión del neumático alcanza el nivel fuera de parámetros predeterminados; y un indicador acoplado al receptor, que genera una señal cuando la presión del neumático alcanza el nivel fuera de parámetros predeterminados.
2. 2. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el detector comprende un circuito inductor/capacitor pasivo (LC) .
3. 3. - El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito RC pasivo está en un estado conductor cuando la presión de neumático cae fuera de los parámetros predeterminados y está en un estado no conductor cuando la presión de neumático cae dentro de los parámetros predeterminados .
4. 4. - El sistema de conformidad con la reivindicación 3 , caracterizado porque el detector dispara un acoplamiento electromagnético con el receptor, cuando el detector está en un estado conductor.
5. 5. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el detector incluye un conmutador para el detector, cuando está entre estados conductores y no conductores.
6. 6. - El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el conmutador es un conmutador de silfona.
7. 7.- El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la silfona comprende una membrana superficial que incluye un espacio interno aislado del aire dentro del neumático, y un resorte eléctricamente conductor que está asociado operativamente con la membrana superficial para contactar selectivamente la membrana cuando la presión cae fuera de los parámetros predeterminados.
8. 8.- El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito LC pasivo se forma a partir de una hoja delgada metálica con primeros y segundos extremos en una configuración de anillo abierto; una estructura de contacto en la cual los primeros y segundos extremos se conectan eléctricamente; y un conmutador acoplado a la estructura de contacto para conmutar el circuito entre estados conductor y no conductor en respuesta a presión de aire en el neumático detectada.
9. 9. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el receptor comprende primeros y segundos inductores que cuando se energizan forman una salida de oscilación con una frecuencia dependiente de una frecuencia resonante del detector, cuando el detector se localiza en proximidad con el receptor.
10. 10.- El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el primer y segundo conductores se colocan entre si de manera tal que al crear un acoplamiento electromagnético entre el primer y segundo inductores, la retroalimentación del acoplamiento es 0 o una retroalimentación negativa.
11. 11. - El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el detector invierte el signo de la retroalimentación en el receptor, cuando el detector se vuelve conductor y se coloca en un sitio de interferencia con respecto a la primera y segunda bobinas inductoras .
12. 12.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende una fuente de energía para proporcionar energía al receptor.
13. 13.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el indicador comprende una interfase de LED para indicar visualmente cuando la presión del neumático cae fuera de los parámetros predeterminados.
14. 14.- El sistema de conformidad con la reivindicación 13 , caracterizado porque la interfase LED incluye al menos una compuerta NO-Y (NAND) que tiene una primer alimentación acoplada al receptor y una segunda alimentación acoplada a un oscilador de audio para activar el LED y una salida acoplada a un LED que se ilumina cuando la presión del neumático cae fuera de los parámetros predeterminados .
15. 15.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el indicador comprende un indicador de audio para indicar en forma audible una advertencia de presión de neumático, cuando la presión de neumático queda o cae fuera de los parámetros predeterminados .
16. 16.- El sistema de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el indicador de audio se activa a partir de un período de tiempo predeterminado después de encendido del vehículo.
17. 17.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el receptor además comprende un amplificador operacional acoplado al primer y segundo inductores para formar un generador de pulsos, cuando el detector está dentro de proximidad cercana con el receptor y es conductor; y un amplificador de corriente para amplificar corriente alimentada al receptor para lograr amplificación de corriente requerida del segundo conductor.
18. 18.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un convertidor analógico -a- digital acoplado a la salida del receptor para convertir señales de receptor a señales digitales .
19. 19. - Un sistema de verificación de presión de neumático, caracterizado porque comprende: un detector montado dentro de un neumático que detecta presión de aire en el neumático; un receptor montado dentro de proximidad operativa al detector y en un sitio externo al neumático, que se acopla electromagnéticamente con el receptor, para generar señales indicativas de presión de aire de neumático detectada por el detector; y un indicador de presión de aire de neumático acoplado con el receptor, que convierte las señales de presión de aire de neumático generadas por el receptor y en una salida legible por el conductor.
20. 20.- El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el detector comprende un circuito pasivo que incluye un inductor y un capacitor que tiene una capacitancia que varía en proporción con la presión del neumático.
21. 21.- El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la capacitancia del capacitor se incrementa con presión de aire de neumático incrementada y disminuye con presión disminuida de aire de neumático.
22. 22. - El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la capacitancia del capacitor disminuye cuando la presión de aire del neumático disminuye y se incrementa cuando aumenta la presión de aire del neumático .
23. 23. - El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el capacitor comprende un capacitor cilindrico de pared delgada que tiene un primer extremo aislado del aire del neumático y un segundo extremo abierto al aire de neumático, el capacitor se llena con un material eléctricamente conductor que atrapa un volumen de aire entre el primer extremo y el material, el material eléctricamente conductor comprime y descomprime el volumen de aire en relación directa con la presión de aire en el neumático.
24. 24. - El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el receptor comprende primeros y segundos bobinas conductoras colocadas entre sí para crear campos electromagnéticos mutuamente acoplados .
25. 25. - El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el detector crea un campo electromagnético desequilibrado entre la primer y segunda bobinas del receptor, que es directamente proporcional a la presión de aire de neumático, para de esta manera producir un tren de pulsos rectangulares indicativos de la presión de aire de neumático.
26. 26.- El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porqué el receptor además incluye un amplificador operacional para amplificar las señales generadas por el receptor, en respuesta a la presión de aire del neumático percibida por el detector.
27. 27.- El sistema de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque el indicador de presión de aire de neumático comprende una interfase LED que exhibe selectivamente tanto la presión de aire de neumático como el número de identificación de un neumático.
28. 28.- El sistema de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el receptor además comprende un amplificador operacional que opera como un conmutador de corriente para generar pulsos de corriente a la interfase LED en respuestas a las señales amplificadas desde el amplificador operacional .
29. 29.- El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el indicador comprende un microprocesador que tiene una memoria asociada acoplada a la salida del receptor para procesar señales que se envían de salida desde el receptor para exhibir la presión actual de un neumático y número de neumático independiente de cada neumático.
30. 30.- Un sistema de verificación de presión de neumático, caracterizado porque comprende: un circuito detector pasivo montado dentro de un neumático, que detecta la presión de aire en el neumático; un receptor montado dentro de proximidad operativa al circuito detector pasivo y en un sitio externo al neumático, el receptor se acopla electromagnéticamente con el receptor, para generar señales indicativas de la presión de aire detectada por el circuito detector pasivo; y un indicador de estado de presión de neumático acoplado en el receptor que convierte las señales generadas por el receptor, en una salida de estado de presión de neumático.
31. 31.- El sistema de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el indicador de presión de neumático comprende un indicador que genera una señal cuando la presión de neumático alcanza un nivel fuera de parámetros predeterminados .
32. 32.- El sistema de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el indicador de presión de neumático convierte señales de presión de aire de neumático generadas por el receptor en una salida de presión de neumático legible por el conductor.